Схемы питания собственных нужд

Лекции 13,14 Схемы питания собственных нужд Для обеспечения технологического процесса получения тепловой и электрической энергии на электростанциях необходимо запитывать электродвигатели, которые являются приводами для всевозможных механизмов ( насосов, вентиляторов, дымососов и т. д. ). Для привода большинства рабочих механизмов используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором или синхронные электродвигатели для мощных механизмов.Эти электродвигатели являются основными потребителями электроэнергии на самих электростанциях и образуют систему собственных нужд (с.н.) Основными напряжениями, применяемыми в настоящее время в системе с.н., являются 6 кВ (для электродвигателей мощностью более 200 кВт) и 0,38/0,23 кВ для остальных электродвигателей и освещения. Применение напряжения 3 кВ не оправдало себя, так как стоимость электродвигателей 3 и 6 кВ мало отличается, а расход цветных металлов и потери электроэнергии в сетях 3 кВ значительно больше, чем в сетях 6 кВ. Для мощных блочных ТЭС возможно применение напряжения 0,66 кВ для электродвигателей 16 — 630 кВт и напряжения 10 кВ для крупных электродвигателей. Схема питания собственных нужд на ГРЭС Рассмотрим схему питания собственных нужд 6 кВ ГРЭС, потребители 0,4 кВ запитываются от системы с.н. На ГРЭС питание системы СН 6 кВ осуществляется отпайкой с выводов генератора с установкой в цепи отпайки силовых трансформаторов с РПН. С увеличением мощности энергоблоков растет потребление на собственные нужды, следовательно, увеличивается и мощность трансформатора с.н. Чем больше мощность, тем больше токи K3 в системе с.н., тем тяжелее установленное оборудование. Для ограничения токов K3 должны применяться трансформаторы с повышенным напряжением K3 или трансформаторы с расщепленными обмотками 6 кВ, которые применяются при мощности трансформаторов 25 МВ А и более. Распределительное устройство с.н. выполняется с одной секционированной системой шин. Каждая секция или секции попарно присоединяются к рабочему трансформатору с.н. При мощности генератора 160 МВт и выше – на каждый блок должны предусматриваться две рабочие секции шин собственных нужд. До 160 МВт – одна. Для надежного питания потребителей с.н. сооружается резервная магистраль. Питание на резервную систему шин подается от нескольких источников, их число зависит от количества блоков и от установки в цепи блока генераторных выключателей. При отсутствии генераторных выключателей в цепи всех генераторов: - один резервный трансформатор собственных нужд - при числе блоков один или два; - два резервных трансформатора собственных нужд - при числе блоков от трех до шести включительно; - два резервных трансформатора собственных нужд, присоединенных к источнику питания, и один резервный трансформатор генераторного напряжения, не присоединенный к источнику питания, но установленный на фундаменте и готовый к перекатке - при числе блоков семь и более. При наличии генераторных выключателей в цепи каждого блока ТЭС: - один резервный трансформатор, присоединенный к источнику питания (при числе блоков один или два); - один резервный трансформатор, присоединенный к источнику питания и один резервный трансформатор генераторного напряжения, не присоединенный к источнику питания, но установленный на фундаменте и готовый к перекатке (при числе блоков три и более). При установке на электростанции части блоков без генераторных выключателей и другой части с генераторными выключателями, число резервных трансформаторов определяется для общего числа блоков согласно блокам без генераторных выключателей. Резервные трансформаторы с.н. должны присоединяться к сборным шинам повышенного напряжения, которые имеют связь с энергосистемой по линиям ВН (на случай аварийного отключения всех генераторов электростанции). Допускается также резервный ТСН присоединять к обмотке НН автотрансформатора, если обеспечиваются допустимые колебания напряжения на шинах РУСН при регулировании напряжения автотрансформатора и условия самозапуска электродвигателей. Резервная магистраль выполняется двумя, секционированными через каждые 2-3 блока , системами шин при питании от двух резервных трансформаторов собственных нужд. Если резервная магистраль запитывается от одного резервного трансформатора, секционирование резервной системы шин выполняется через 3-4 блока. Пример питания собственных нужд ГРЭС от блоков без генераторных выключателей Рабочие ТСН выбираются по мощности и напряжению: ; 2. ; , где – номинальное напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора, кВ; – номинальное напряжение обмотки низкого напряжения трансформатора, кВ; – номинальная мощность трансформатора, МВА; – мощность, расходуемая блоком на собственные нужды, МВА. Мощность каждого резервного трансформатора с.н. на блочных электростанциях без генераторных выключателей должна обеспечить замену рабочего трансформатора одного энергоблока и одновременный пуск или аварийный останов второго энергоблока. Если точный перечень потребителей с.н. в таком режиме неизвестен, то мощность резервного трансформатора с.н. выбирается на ступень больше, чем рабочего. Если в схемах энергоблоков установлены генераторные выключатели, то мощность резервных трансформаторов принимается равной мощности рабочих трансформаторов. Если на низкой стороне автотрансформатора есть напряжение 6 кВ, то вместо РТСН устанавливается реактор. Схема электроснабжения собственных нужд ТЭЦ На ТЭЦ можно выделить блочную и неблочную часть, поэтому питание собственных нужд должно осуществляться частично от шин РУ генераторного напряжения и частично от блоков генератор-трансформатор. Питание потребителей СН в блочной части осуществляется также, как и на ГРЭС. В неблочной части питание СН осуществляется с шин ГРУ, причем с одной секции шин ГРУ можно запитать не более двух рабочих секций СН. Количество рабочих секций СН определяется количеством котлов в неблочной части (обычно на 1 или 2 больше или меньше количества генераторов или равно их числу). На ТЭЦ с поперечными связями по пару должно устанавливаться не менее одного резервного трансформатора. При этом должно устанавливаться по одному резервному трансформатору или реактированной линии питания собственных нужд 6-10 кВ на каждые четыре рабочих трансформатора или линии. Число источников рабочего питания собственных нужд, присоединяемых к одной секции шин РУ генераторного напряжения, не должно быть более двух и они должны быть присоединены к шинам РУ генераторного напряжения таким образом, чтобы источник рабочего питания и резервирующий его источник были присоединены к разным секциям РУ генераторного напряжения. Источник резервного питания может также присоединяться к ответвлению от трансформатора связи. При РУ генераторного напряжения с двумя системами шин резервный источник питания может присоединяться ко второй системе шин вместе с трансформатором связи. Магистрали резервного питания с.н. 6 (10) кВ секционируются выключателями при наличии поперечных связей в тепловой части - на 2 части. Схемы питания собственных нужд подстанций. Выбор источников питания СН Состав потребителей с.н. подстанций зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов, типа электрооборудования. Наименьшее количество потребителей с.н. на подстанциях, выполненных по упрощенным схемам, без синхронных компенсаторов, без постоянного дежурства. Это электродвигатели обдува трансформаторов, обогрев приводов QR и QN, шкафов КРУН, а также освещение подстанции. На подстанциях с выключателями ВН дополнительными потребителями являются компрессорные установки (для выключателей ВНВ, ВВБ), а при оперативном постоянном токе — зарядный и подзарядный агрегаты. При установке синхронных компенсаторов необходимы механизмы смазки их подшипников, насосы системы охлаждения GC. Наиболее ответственными потребителями с.н. подстанций являются оперативные цепи, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов , аварийное освещение, система пожаротушения. Мощность потребителей с. н. невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220 В, которая получает питание от понижающих трансформаторов. Мощность трансформаторов с.н. выбирается по нагрузкам с.н. с учетом коэффициентов загрузки и одновременности, при этом отдельно учитываются летняя и зимняя нагрузки, а также нагрузка в период ремонтных работ на подстанции. Приемники собственных нужд ПС Все приемники с. н. подстанций можно классифицировать по степени ответственности: А-1. Приемники, отключение которых приводит к нарушению нормального режима работы: к частичному или полному отключению ПС, и аварии основного оборудования. А-2. Приемники, отключение которых допускается на 20-40 мин. на ПС с дежурством или до приезда ОВБ. Восстановление питания осуществляется вручную. А-3. Приемники, терпящие более длительные перерывы. По длительности выключения могут быть: Б-1. Приемники, постоянно включенные в сеть (в том числе цепи управления и релейной защиты). Б-2. Приемники, включаемые периодически (в зависимости от температуры наружного воздуха или с технологическими перерывами в работе). Б-3. Приемники, включаемые во время ремонта. Таблица 1- Характеристика приемников с. н. ПС по ответственности и длительности включения № Наименование приемника с. н. Характеристика пп. по ответственности по длительности включения 1 Оперативные цепи А-1 Б-1 2 Электродвигатели системы охлаждения А-1 Б-1 3 Электродвигатели компрессоров А-2 Б-2 4 Панель зарядно-подзарядного устройства АБ А-2 Б-2 5 Освещение А-2 Б-2 6 Электроотопление помещения А-2 Б-2 7 Электроподогрев коммутационных аппаратов и шкафов А-2 Б-2 8 Вентиляция и технологическая нагрузка вспомогательных зданий А-3 Б-2 9 Прочие нагрузки ОПУ А-3 Б-2 10 Связь и телемеханика А-1 Б-1 11 Эл. двигатели механизмов смазки СК А-1 Б-1 12 Насосы технического водоснабжения СК А-1 Б-1 13 Эл. двигатели насосов пожаротушения А-1 Б-3 14 Маслоочистительная установка А-3 Б-3 15 Подъемные устройства А-3 Б-3 Таблица 2 - Мощности устройств охлаждения трансформаторов Тип трансформатора (автотрансформатора) Количество и мощность эл. двигателей, кВт насосов вентиляторов всего Uвн= 110 кВ ТДН-16000/110 – 2 2 ТДТН-16000/110 – 12 х 0,25 3,0 ТДТН -20000/110 – 16 х 0,2 4,0 ТДТН -25000/110 – 14 х 0,25 3,5 ТДТН -40000/110-67 – 20 х 0,25 5 ТДТН -63000/110 – 30 х 0,25 7,5 ТДТН -80000/110 – 34 х 0,25 8,5 ТДЦ-125000/110 7 х 2,5 14 х 2,8 56,7 ТДЦ-200000/110 7 х 2,5 14 х 2,8 56,7 ТДЦ-400000/110 12 х 2,5 24 х 2,8 97,2 ТРДН-25000/110 – 3 3 ТРДЦН-63000/110 3 х 2,8 6 х 1,1 15 Uвн=220 кВ АТДТН-30000/220 – 4,5 4,5 АТДЦТН-63000/220/110 – 30 30 АТДЦТН-125000/220/110 4 х 2,8 8 х 2,8 33,6 АТДЦТН-200000/220/110 5 х 2,8 10 х 2,8 42 ТДТН-20000/220 – 3 3 ТДТН-40000/220 – 7 7 ТДЦ-200000/220 7 х 2,8 14 х 2,8 58,8 ТДЦ-250000/220 9 х 2,8 18 х 2,8 75,6 ТДЦ-400000/220 12 х 2,8 24 х 2,8 100,8 ТРДН-32000/220 – 5 5 ТРДЦН-63000/220 – 30 30 ТЦ-630000/220 10 х 5 – 50 Uвн=330 кВ ТДЦТН-200000/330/110 9 х 2,8 18 х 2,8 75,6 ТДЦ-400000/330 10 х 2,8 20 х 2,8 84 Uвн=500 кВ АОДЦТН-167000/500/220 4 х 2,8 8 х 2,8 33,6 АОДЦТН-267000/500/220 5 х 2,8 10 х 2,8 42 ОЦ-417000/500 4 х 6,5 – 26 ТДЦ-206000/500 8 х 2,8 16 х 2,8 67,2 ТДЦ-400000/500 10 х 2,8 2,8 30,8 ТЦ-206000/500 2 х 6,5 – 13 Таблица 3 - Маслохозяйство и вспомогательное оборудование Наименование приемников Мощность, кВт Электроподогрев и сушка трансформатора 100 Маслоочистительная установка 28 Фильтрпресс 2 – 4 Насосы 2 – 4 Электродвигатель лебедки 16 Электродвигатель крана 28 Подзарядно-зарядный агрегат ВАЗП–350/240 23 х 2 Постоянно включенные сигнальные лампы 0,5 х 2 Таблица 4 - Подогрев выключателей и проводов (при –20°C) Тип выключателя На 3 полюса выключатель привод ВМК–35 1,4 – МКП–35 3,6 0,8 С–35–630–40 2,4 0,4 С–35–3200–50 3,6 0,8 У–35 3,6 0,8 ВВБ–110 1,8 – МКП–110 15 0,8 У–110–2000–50 10,5 0,8 ВВБ–220 1,8 – ВВБ–220У–15 3,6 – У–220–10 42 2,4 У–220–25 40,5 2,4 У–220–2000–40 50 4,8 У–220–3200–40 40,5 2,4 ВВБ–330 4,6 – ВВБ–500 5,8 – ВНВ–500 1,8 0,4 Таблица 5 - Подогрев шкафов Наименование Мощность на единицу, кВт КРУН–10, КРУ–10 1,0 Подогрев приводов разъединителей, отделителей, шкафа зажимов и т.д. 0,6 Подогрев релейного шкафа 1,0 Насосы пожаротушения – (100 – 250) * 2 кВт Отопление насосной пожаротушения – 20 кВт Таблица 6 - Мощности приемников Таблица 7 - ЗРУ, совмещенное с.н. ОПУ с ОПУ Тип ОПУ I II III Тип ОПУ I II Наименование приемников Мощность, кВт Наименование приемников Мощность, кВт Освещение 11 10 6 Освещение 2,2 2,0 Отопление (от –20° до –40°) 84-100 72-90 54-75 Отопление (от –20° до –40°) 18-28 18-25 Силовая нагрузка 5 5 5 Аварийная сигнализация 0,2 0,2 Устройство связи 1-6 1-6 1-6 При подсчете нагрузок следует учесть, что приемники с.н. могут иметь неполную загрузку и работать не одновременно. Это учитывается коэффициентом спроса kс (см. таблицу 8). Определив по таблицам установленную мощность приемников данной группы Pуст., можно подсчитать расчетную нагрузку Pрасч = kс·Pуст кВт Приняв для осветительной нагрузки, обогрева cos = 1; для двигательной нагрузки cos = 0,85, определяют соответствующий tg и тогда Qрасч = Pрасч · tg квар Таблица 8 - Коэффициенты спроса приемников с.н. Наименование потребителя kc Освещение ОРУ: при одном ОРУ на подстанции 0,5 при нескольких ОРУ на ПС 0,35 Освещение ОПУ, ЗРУ 0,6-0,7 Охлаждение трансформаторов 0,8-0,85 Компрессорная 0,4 Подзарядно-зарядный агрегат 0,12 Электроотопление и электрообогрев 1,0 Вспомогательное оборудование СК с учетом нормально отключенных резервных мощностей Кроме расчетной нагрузки необходимо учесть аварийные и ремонтные нагрузки на трансформатор собственных нужд, которые приблизительно можно принять следующих значений: Аварийные и ремонтные нагрузки: аварийная вентиляция 0,18 х 2 = 0,36 кВт; ремонтная нагрузка (сварочный аппарат) – 23 кВт; Всего – 23,36 кВт. Для расчета нагрузок собственных нужд подстанции составим таблицу Таблица 9 - Нагрузки собственных нужд подстанции Наименование приемников Установленная мощность kс Расчетная нагрузка Ед, кВт×шт Всего, кВт летом Зимой P, кВт Q, кВАр P, кВт Q, кВАр Подсчет нагрузок с.н. подстанции Выбор числа и мощности трансформаторов с.н. Выбор числа ТСН. Один трансформатор с.н. устанавливается только на однотрансформаторных станциях 35–220 кВ с постоянным оперативным током при отсутствии на них синхронных компенсаторов, воздушных выключателей и принудительной системы охлаждения трансформатора. Во всех остальных случаях устанавливаются два трансформатора с.н. Предельная мощность ТСН – 630 кВ·А при Uк = 5,5% и 1000 кВ·А при Uк = 8,0% . Это диктуется величиной токов к.з. на стороне 380/220 В. Если расчетная нагрузка с.н. мощной узловой подстанции с СК не может быть обеспечена двумя трансформаторами по 630 кВ·А , то применяется более 2-х трансформаторов работающих в режиме явного резерва. В этом случае один щит 380/220 В сооружается в ОПУ, а второй - в здании вспомогательных синхронных компенсаторов. Выбор мощности трансформаторов с.н. Выбор мощности ТСН производиться в зависимости от расчетной нагрузки, числа трансформаторов и типа ПС. При 2 ТСН, если подстанция без постоянного дежурства, SтSрасч Если ПС с постоянным дежурством, то можно допустить перегрузку одного трансформатора на 30% в течение двух часов после аварийного отключения и тогда SтSрасч/1,3 При двух трансформаторах с.н. в нормальном режиме каждый загружен на 50–65% , а при отключении одного второй перегружается не более, чем на 30% . В этом случае применяется принцип неявного резерва. Если число трансформаторов с.н. n более 2-х, то SтSрасч/n В этом случае, кроме n рабочих трансформаторов с.н., устанавливается один резервный такой же мощности, обеспечивающий автоматическое включение. Это принцип явного резерва. Выбранные трансформаторы проверяются по допустимым перегрузкам при ремонтных работах Sт (Sрасч + Sрем)/n·k , где k = 1.15...1,20 –допустимая перегрузка в длительном режиме. На подстанциях может применяться оперативный ток: постоянный, переменный и выпрямленный. Источниками постоянного тока служат аккумуляторные батареи, источниками переменного и выпрямленного тока - трансформаторы собственных нужд. Выбор оперативного тока зависит от наличия выключателей ВН с электромагнитными приводами, требующими постоянного тока, а также воздушных выключателей, имеющих сложную схему управления пневматической системой. На подстанциях рекомендуется применять: - Оперативный переменный и выпрямленный ток на ПС 35-220/6-10 кВ; 110-220/35/6-10 кВ без выключателей на стороне ВН и на подстанциях 35/6-10 кВ с масляными выключателями на стороне 35 кВ. - Выпрямленный оперативный ток на ПС 110/6-10 кВ, 110/35/6-10 кВ с одним или двумя выключателями высокого напряжения. - Оперативный постоянный ток на всех ПС 330-750 кВ, на ПС 110-220 кВ с числом выключателей три и более и на ПС 35-220 кВ с воздушными выключателями. Для получения оперативного постоянного тока устанавливается одна аккумуляторная батарея 220 В, работающая в режиме постоянного подзаряда от выпрямительной установки. На ПС 500-750 кВ устанавливаются две аккумуляторные батареи. В зависимости от выбранного оперативного тока на подстанции рекомендованы схемы подключения трансформаторов собственных нужд, которые представлены на следующем рисунке. ДОПОЛНЕНИЕ К ЛЕКЦИИ 13,14 К схеме ТЭЦ 1. Система собственных нужд 0,4 кВ запитывается от системы собственных нужд 6 кВ. 2. Если на ТЭЦ на ГРУ принято напряжение 6 кВ, то вместо трансформатора собственных нужд устанавливается реактор, который выбирается по условиям: ; ; 3. Трансформатор собственных нужд подключается к шинам ГРУ через выключатель с разъединителем, а при подключении реактора к шинам ГРУ выключатель не предусматривается 4. Мощность резервного трансформатора собственных нужд на ТЭЦ должна приниматься равной мощности самого мощного рабочего трансформатора собственных нужд. 5. Секционировать резервную магистраль целесообразнее между блочной и неблочной частью схемы К схеме подстанции Источники оперативного тока Оперативный ток – питает цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики. Основное требование к источникам оперативного тока – надежность, при КЗ и ненормальных режимах напряжение источников оперативного тока и их мощность должны иметь достаточную величину как для действия релейной защиты, так и для отключения выключателей. Постоянный оперативный ток Источниками данного тока являются аккумуляторные батареи напряжением 110...220 В. Для повышения надежности сеть постоянного тока секционируется (рис1). Аккумуляторные батареи обеспечивают питание независимо от состояния основной сети и являются самым надежным источником питания. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, необходимость в зарядных агрегатах, сложную сеть постоянного тока. Рисунок 1 – Сеть постоянного оперативного тока Переменный оперативный ток Источниками служат измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также трансформаторы собственных нужд, подключаемые на ток и напряжение самой сети. Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд не пригодны для питания цепей релейной защиты при КЗ – так как напряжение в сети при этом резко снижается. Могут использоваться при ненормальных режимах: перегрузка, замыкание на землю. Трансформаторы тока надежны для защит от КЗ – ток при этом увеличивается, мощность достаточна для питания оперативных цепей. Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся резким увеличением тока. Чаще всего используется комбинированное питание от трансформаторов тока и напряжения. Принципиальная схема блоков питания типов БПТ представлена на рис. 2. Рисунок 2 – Принципиальная схема блоков питания